一种脉冲升流器、脉冲电流产生装置及其制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种脉冲升流器、脉冲电流产生装置及其制备方法，脉冲升流器包括从内到外依次嵌套布置的线圈骨架、初级线圈以及感应环，和同感应环并排套于初级线圈外的固定环；在初级线圈和感应环之间设置有气隙；初级线圈的输入端作为脉冲升流器的输入端，感应环为环状导体结构，在感应环上设置有绝缘间隙，绝缘间距的两端作为脉冲升流器的输出端；固定环用于同线圈骨架共同固定初级线圈和感应环；脉冲电流经由脉冲升流器的输入端进入初级线圈，通过初级线圈、感应环以及初级线圈同感应环之间的气隙实现将脉冲电流升压为高脉冲电流。本发明专利技术提供的脉冲升流器具有使用方便、通用性强、可重复使用等优点，可以弥补现有脉冲大电流产生方法的不足。

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲升流器、脉冲电流产生装置及其制备方法
本专利技术属于升流器
，具体地，涉及一种脉冲升流器、脉冲电流产生装置及其制备方法。
技术介绍
脉冲大电流被广泛应用于核物理、电磁成形和电磁弹射等领域。随着科学研究的深入和应用范围的扩大，人们需要找到一种能产生更高幅值的脉冲大电流的方法。目前，脉冲大电流主要由脉冲电流发生器产生。脉冲电流发生器大多采用电容器储能，储能完成后通过触发开关导通，使得电容器在短时间(us级)内以极高的功率密度向负载放电。在这种工作模式下，脉冲电流发生器的最大输出脉冲电流值取决于电容器的容量和放电电压，电容器的容量和放电电压越大，输出的脉冲电流值就越大。然而，在实际应用中电容器的耐压水平决定了脉冲电流发生器的最大放电电压。虽然可以通过增大电容器的容量来提高放电能量从而增大输出的脉冲电流，但脉冲电流发生装置的生产成本、体积以及输出脉冲电流的脉宽也会随着电容器容量的增大而增大，尤其是当脉宽大于一定值时输出的脉冲电流可能不再满足实际应用需求。另外，脉冲电流发生器的最大输出脉冲电流值还受限于触发开关的最大允许电流。最大输出脉冲电流值不应大于开关的最大允许电流，否则开关可能会损坏甚至烧毁。再者，脉冲电流发生器的负载只需要脉冲电流发生器提供脉冲大电流，而不需要提供高电压。但实际应用中脉冲电流发生器和负载往往采用直接连接形式，负载两端承受不必要的高电压，会对负载造成损害。因此，现有的脉冲大电流产生方法存在以下不足：受限于电容器的容量和耐压值以及触发开关的最大允许电流，脉冲电流发生器可提供脉冲大电流的幅值有限；脉冲电流发生器与负载直接连接，负载承受不必要的高电压，存在绝缘威胁。找到一种能同时解决以下问题的方法，将有利于在现有技术的基础上进一步提高最大输出脉冲电流值，或在输出脉冲电流值一定时减小电容器容量、放电电压和通过开关的电流。现有的升流器采用铁芯结构来实现聚磁和引磁，当升流器原边电流达到5KA级以上，内部磁场强度达到5T级以上时，常规铁芯达到饱和，显著降低聚磁和引磁效果，导致传统的升流器无法用于对5kA以上电流进行升流输出更高幅值的脉冲电流。
技术实现思路
为了弥补上述不足，本专利技术提出一种脉冲升流器、脉冲电流产生装置及其制备方法，其目的在解决现有的脉冲升流器由于采用铁芯结构使得无法对超过5kA脉冲电流进行升流的技术问题。为了实现上述目的，作为本专利技术的一方面，本专利技术提供了一种脉冲升流器，包括：从内到外依次嵌套布置的线圈骨架、初级线圈以及感应环，和同感应环并排套于初级线圈外固定环；在初级线圈和感应环之间设置有气隙；初级线圈的输入端作为脉冲升流器的输入端，感应环为环状导体结构，在感应环上设置有绝缘间隙，绝缘间距的两端作为脉冲升流器的输出端；固定环用于同线圈骨架共同固定初级线圈和感应环；脉冲电流经由脉冲升流器的输入端进入初级线圈，通过初级线圈、感应环以及初级线圈同感应环之间的气隙实现将脉冲电流升压为高脉冲电流。优选地，脉冲升流器还包括第一加固层和第二加固层，第一加固层位于初级线圈和感应环之间，第二加固层套于感应环的外部，用于防止初级线圈和感应环受到电磁力沿径向变形。优选地，线圈骨架包括骨芯以及在骨芯的两端分别设置的第一端部和第二端部，第一端部和第二端部同心固定在骨芯上，初级线圈上端与第一端部接触，初级线圈下端与第二端部接触，第一端部和第二端部用于限制初级线圈受到电磁力后沿轴向变形。优选地，感应环的宽度同线圈的宽度相同，可以实现将初级绕组产生的磁场限制在内部，避免能量的损耗。优选地，线圈骨架的第一端部设有两个通孔，在线圈骨架的第二端部设有槽，初级线圈的进线端和出线端各穿过一个通孔，感应环的输出端穿过槽。优选地，感应环材料为良导体金属。优选地，第一加固层和第二加固层为极限强度在3.0GPa以上的玻璃纤维或有机纤维。作为本专利技术的另一发面，本专利技术提供一种脉冲电流产生装置，包括：脉冲产生器和输入端与脉冲产生器的输出端连接的脉冲升流器；脉冲产生器用于产生初级脉冲电流，脉冲升流器用于对初级脉冲电流进行升流处理，输出幅值放大的脉冲电流。作为本专利技术的另一发面，本专利技术提供一种脉冲升流器的制备方法，包括如下步骤：对导线以施加预紧力和加固剂的方式缠绕在线圈骨架的骨芯上，制备并固定初级线圈；对加固纤维以施加预紧力和加固剂的方式缠绕至初级线圈上，制备并固定第一加固层；将感应环套于第一加固层外，并让感应环的输出端贯穿线圈骨架的第二端部的槽中，通过在线圈骨架的第二端部的槽中涂覆加固剂，实现感应环的固定；将固定环套于线圈骨架的第一端部外，通过在固定环同感应环接触面、线圈骨架的第一端部上涂覆加固剂实现固定环固定；对加固纤维以施加预紧力和加固剂的方式缠绕至感应环上，制备以及固定第二加固层，完成脉冲升流器的制备。所述加固剂被配置在所述导线和所述加固纤维上、所述感应环和所述第二端部之间以及所述贯穿槽内部，用于提高所述导线、所述加固纤维和所述输出端子的机械强度。优选地，从靠近第一端部的一侧开始缠绕，沿着骨芯的高度方向通过施加预紧力和加固剂的方式依次缠绕导线直至达到第二端部，从靠近第二端部的一侧通过施加预紧力和加固剂的方式缠绕导线，直至达到第一端部，完成一个周期导线的缠绕；重复上述步骤实现多个周期导线的缠绕。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术提供的脉冲升流器中没有铁芯，初级线圈与感应环通过初级线圈与感应环之间的气隙实现能量传输，具体地是指，当初级线圈中通有交流电流时，根据楞次定律，在感应环中便产生交流磁通，使感应环中感应出电压(或电流)，同时由于脉冲升流器输入端接收到为脉冲电流，能量转化效率高。因此，该脉冲升流器能够避免由于电流较大导致铁芯式脉冲升流器中铁芯饱和使得电流不能按照原有的升压比进行升压，本专利技术提供的脉冲升流器能够实现对10KA级脉冲电流进行升流，输出更高幅值的脉冲电流。2、本专利技术提供的脉冲电流产生装置，脉冲升流器用作脉冲电流发生器的中间负载，将脉冲电流发生器的输出脉冲电流作为脉冲升流器初级绕组的输入，基于变压器原理在次级绕组上感应出比初级绕组电流幅值更高的脉冲电流并提供给负载。在脉冲电流发生器的电容器容量和放电电压以及开关最大允许电流不变的情况下，提高了输出到负载的脉冲电流值，从而解决了现有脉冲电流发生器受限于电容器容量和放电电压以及开关最大允许电流，无法向负载提供更高幅值的脉冲电流的问题。3、与现有的其它升流器相比，本专利技术应用在脉冲大电流场合，电流幅值更高，线圈受到的应力更大，因此需要考虑线圈的机械强度并采取必要的加固措施。本专利技术通过在线圈绕制的过程中提供预应力、缠绕加固纤维和配置固化剂，保证线圈不发生应力破坏。4、通过初级绕组和次级绕组实现电气隔离，在次级绕组上只产生大电流而不产生高电压，避免了脉冲电流发生器两端的高电压直接施加在负载上。另外，当负载要求的输出脉冲电流幅值一定时，由于本专利技术的电流放大作用，使得通过开关的电流幅值减小，有效保护开关不过流。5、本专利技术具有使用方便、通用性强、可重复使用等优点，可以弥补现有脉冲大电流产生方法的不足，在现有技术的基础上提供更高幅值脉冲电流，以更好地满足科学研究和实际应用中对更高幅值的脉冲大电流的需求。附图说明图1为本专利技术提供的脉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉冲升流器，其特征在于，包括：从内到外依次嵌套布置的线圈骨架、初级线圈以及感应环，和同感应环并排套于初级线圈外的固定环；在初级线圈和感应环之间设置有气隙；初级线圈的输入端作为脉冲升流器的输入端，感应环为环状导体结构，在感应环上设置有绝缘间隙，绝缘间距的两端作为脉冲升流器的输出端；固定环用于同线圈骨架共同固定初级线圈和感应环；脉冲电流经由脉冲升流器的输入端进入初级线圈，通过初级线圈、感应环以及初级线圈同感应环之间的气隙实现将脉冲电流升压为高脉冲电流。

【技术特征摘要】
1.一种脉冲升流器，其特征在于，包括：从内到外依次嵌套布置的线圈骨架、初级线圈以及感应环，和同感应环并排套于初级线圈外的固定环；在初级线圈和感应环之间设置有气隙；初级线圈的输入端作为脉冲升流器的输入端，感应环为环状导体结构，在感应环上设置有绝缘间隙，绝缘间距的两端作为脉冲升流器的输出端；固定环用于同线圈骨架共同固定初级线圈和感应环；脉冲电流经由脉冲升流器的输入端进入初级线圈，通过初级线圈、感应环以及初级线圈同感应环之间的气隙实现将脉冲电流升压为高脉冲电流。2.权利要求1所述的脉冲升流器，其特征在于，脉冲升流器还包括：第一加固层和第二加固层，第一加固层位于初级线圈和感应环之间，第二加固层套于感应环的外部，用于防止初级线圈和感应环受到电磁力沿径向变形。3.权利要求1或2所述的脉冲升流器，其特征在于，线圈骨架包括：骨芯以及在骨芯的两端分别设置的第一端部和第二端部，第一端部和第二端部同心固定在骨芯上，初级线圈上端与第一端部接触，初级线圈下端与第二端部接触，第一端部和第二端部用于限制初级线圈受到电磁力后沿轴向变形。4.权利要求3所述的脉冲升流器，其特征在于，线圈骨架的第一端部设有两个通孔，在线圈骨架的第二端部设有槽，初级线圈的进线端和出线端各穿过一个通孔，感应环的输出端穿过槽。5.权利要求1至4任一项所述的脉冲升流器，其特征在于，感应环的宽度同线圈的宽度相同，可以实现将初级绕组产生的磁场限制在内部，避免能量的损耗。6.权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩小涛，曹全梁，黎镇浩，李章哲，李亮，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42